Tecnologie sostenibili per la rimozione di inquinanti emergenti nelle acque reflue = Sustainable Technologies for the Removal of Emerging Contaminants in Wastewater

L’acqua è un bene essenziale per l’esistenza di tutti gli esseri viventi, sia per l’uomo che per gli animali e le piante. Tuttavia, a causa dell’intensa crescita della popolazione e dell’industrializzazione, l’inquinamento dell’acqua sta diventando uno dei temi principali da dover affrontare. In particolare, i principali inquinanti sono sostanze chimiche note come “Contaminanti Emergenti” (o ECs da “Emerging Contaminants”). A causa delle loro caratteristiche chimico-fisiche e resistenza alla degradazione, le tecniche convenzionali di trattamento delle acque reflue risultano molto spesso inefficaci. L’aspetto più preoccupante circa il rilascio degli ECs è la loro pericolosità e tossicità anche a ridotte concentrazioni (dell’ordine dei ng/L o μg/L). L’obiettivo di questo lavoro è la ricerca di metodi e materiali più sostenibili per l’abbattimento di due ECs differenti: il blu di metilene (MB), colorante sintetico organico, e il paracetamolo (PCT) farmaco analgesico. Da un approfondito studio di letteratura, si è evinto che una tecnica molto efficiente nella rimozione di coloranti sintetici dalle acque è l’adsorbimento su carbone attivo, sebbene sia molto costoso. In questo lavoro, si è investigata la possibilità di impiegare come adsorbente una zeolite di origine naturale, Clinoptilolite (Clino), come alternativa sostenibile e soprattutto a basso costo. Il materiale è stato caratterizzato per studiarne le proprietà chimico-fisiche e testato effettuando dei test di adsorbimento a diverse concentrazioni di MB (100, 200 e 250 ppm) con una concentrazione di clinoptilolite pari a 5g/L. In tutti i casi la Clino è riuscita a rimuovere il colorante con percentuali di abbattimento di 100%, 99% e 93% rispettivamente per 100, 200 e 250 ppm in 210 min. Per il caso migliore (100 ppm) in 15 min si arriva già al 98%. Inoltre, per la concentrazione più elevata di inquinante, è stato effettuato un confronto con il carbone attivo. Entrambi gli adsorbenti hanno mostrato una percentuale di adsorbimento del 93% dopo 210 min. In aggiunta, è stato condotto uno studio sulle cinetiche di adsorbimento che ha evidenziato una cinetica del carbone attivo decisamente più lenta. Per l’abbattimento di PCT sono state investigate tecnologie catalitiche e fotocatalitiche di ossidazione avanzata, quali i processi Fenton (in condizioni dark) e Foto-Fenton (in presenza di radiazioni UV) entrambi in presenza di H2O2. Sono stati utilizzati diversi (foto)catalizzatori, tra cui ossidi misti di cerio e ferro (CeO2, Fe3O4, CeO2-Fe3O4) e ossidi di titanio (TiO2) con eventuale dopaggio con ferro. In particolare, nel caso di TiO2, sono stati impiegati due diversi metodi di sintesi: uno convenzionale (idrotermale) e un altro non comune e soprattutto sostenibile (SCS). Tutti i catalizzatori utilizzati sono stati caratterizzati con prove di spettroscopia a raggi X (XRD, XPS, EDX), di microscopia elettronica (FESEM) e di fisisorbimento di N2 a -196°C. Tutte le prove sono state condotte effettuando dei test con 10 ppm di PCT, 2.8 M di H2O2 a pH 3, ottenuto con l’aggiunta di H2SO4 0.1M, con una concentrazione di catalizzatore pari a 2 g/L. Il risultato più promettente è stato ottenuto con TiO2 sintetizzata con metodo SCS contenente il 3% m/m di ferro, che mostra una degradazione totale del PCT in 60 min con meccanismo Foto-Fenton. Per rendere il processo più sostenibile, sono stati condotti ulteriori test a pH neutro, con e senza H2O2.